岩体电荷传感器标定及花岗岩三点弯曲应用试验研究

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岩体破坏过程电荷感应信号监测是预防井下动力灾害的重要方法。电荷感应信号具有非接触性、抗干扰能力强等优点,但目前还没有形成专门的电荷感应信号危险性指标对工程应用进行具体指导。本文对力电基本理论、电荷传感器工作原理及标定、非破裂因素对电荷感应信号影响和花岗岩三点弯曲应用试验进行研究,得到以下结果:  (1)岩体破裂释放电荷感应信号是在加载过程中束缚态电荷畸变变成自由态电子逸出、岩体产生压电效应和摩擦起电共同作用的结果;岩体破裂释放电荷感应信号产生的电场属于涡旋电场,并对其进行简化得到电偶极子各向同性模型。  (2)采用接触式标定试验和非接触式标定试验,试验结果表明:这两种标定方式可以对电荷传感器进行标定;对两种标定原理进行分析发现,非接触标定结果偏大;接触式标定试验发现,电荷传感器监测得到的信号受电荷极性影响,标定结果为45mV/pC;非接触式试验发现,当电荷敏感元件半径为10mm,敏感元件距离被测物体5mm时,标定结果为80mV/pC,传感器灵敏度为9。  (3)煤岩破裂过程释放的电荷感应信号处于自然放电8.5s后幅值降低10%,电荷感应信号监测可以及时、准确的监测到煤岩破裂释放的电荷感应信号;电荷感应信号受距离影响较大,并建立了一维和二维数学公式,通过试验验证发现该公式可以反映距离对电荷感应信号的影响规律;通过对带电粒子运动速度的研究发现带电粒子运动速度越快,电荷感应信号特征值波动越大,信号频带越宽。  (4)加载速度越快,岩样越容易破裂,位移越小,峰值载荷越低;跨度越大,岩样越容易破裂,峰值载荷越低。加载速度越大,花岗岩受压破裂释放的电荷感应信号峰值、均方根和标准偏差越小;跨度越大,花岗岩破裂释放的电荷感应信号脉冲数越少,累计电荷量越少。花岗岩受压破坏产生的电荷感应信号较受拉破裂释放的信号更加丰富;花岗岩在受压面和受拉面破裂释放电荷感应信号累计电荷量电性相反。  电荷传感器标定方法的提出及电荷感应信号门槛值的设定为预测防治井下动力灾害提供基础。
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